接合体の製造方法、接合体及び金属製品
【課題】第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造可能な接合体の製造方法を提供する。
【解決手段】第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に第３金属部材１６を介在させた状態で第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を接合して接合体を形成する接合体形成工程を含み、当該接合体形成工程は、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に縦弾性係数及び硬度が比較的低い第３金属部材１６を介在させた状態で各金属部材を固相接合する固相接合工程と、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面近傍に第１硬度遷移領域１３が形成され、かつ、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面近傍に第２硬度遷移領域１５が形成されるように熱処理を施す硬度遷移領域形成工程とを含む接合体の製造方法。
【解決手段】第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に第３金属部材１６を介在させた状態で第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を接合して接合体を形成する接合体形成工程を含み、当該接合体形成工程は、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に縦弾性係数及び硬度が比較的低い第３金属部材１６を介在させた状態で各金属部材を固相接合する固相接合工程と、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面近傍に第１硬度遷移領域１３が形成され、かつ、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面近傍に第２硬度遷移領域１５が形成されるように熱処理を施す硬度遷移領域形成工程とを含む接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合体の製造方法、接合体及び金属製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
図１１は、従来の接合体の製造方法を説明するために示す図である。図１１（ａ）は金属部材準備工程Ｓ９１を説明するために示す図であり、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は接合体形成工程Ｓ９２を説明するために示す図であり、
【０００３】
従来、複数の金属部材を接合して接合体を製造する接合体の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の接合体の製造方法は、特にＣｒを含有する鉄鋼部材を接合して接合体を製造するのに適した方法であり、具体的には、図１０及び図１１に示すように、第１の金属材料からなる第１金属部材９２と、第２の金属材料からなる第２金属部材９４とを準備する金属部材準備工程Ｓ９１と、第１金属部材９２及び第２金属部材９４を接合して接合体を形成する接合体形成工程Ｓ９２とをこの順序で含み、接合体形成工程Ｓ９２は、第１金属部材９２及び第２金属部材９４が溶融しない温度条件下で第１金属部材９２及び第２金属部材９４を固相接合する固相接合工程Ｓ９２ａと、接合した第１金属部材９２及び第２金属部材９４を所定条件の下で加熱及び徐冷することにより、２つの金属部材の間の接合力を強化する接合力強化工程Ｓ９４ｂとをこの順序で含む。
【０００４】
従来の接合体の製造方法によれば、接合体の接合力を低下させる原因となる空隙や不動態層（金属部材がＣｒを含有する場合にはＣｒ含有不動態層）を金属組織が変態する過程で消散させることが可能となり、その結果、接合力が高い接合体を製造することが可能となる。また、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、複雑な形状の内部空間（例えば、熱交換媒体を流す熱交換流路）を有する接合体を比較的容易に製造することが可能となる。このようにして製造した接合体は、各種金型、各種工具、各種構造部材等の金属製品に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２９６２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した方法により製造した接合体は、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生しない条件でこれを使用する場合には十分に高い接合力を維持できる。しかしながら、上記した方法で製造した接合体は、これに焼き入れ処理を施すことにより硬度を高くしてこれを使用する場合においては、焼き入れ処理により第１金属部材と第２金属部材の硬度が高くなるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で当該接合体を使用した場合に、温度差に起因して発生する熱応力が接合力の限界を超えてしまい、接合体が破損してしまう場合があるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造可能な接合体の製造方法を提供することを目的とする。また、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を提供することを目的とする。さらにまた、本発明の接合体を用いた金属製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［１］本発明の接合体の製造方法は、第１の金属材料からなる第１金属部材と、第２の金属材料からなる第２金属部材と、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを準備する金属部材準備工程と、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程とをこの順序で含み、前記接合体形成工程は、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が溶融しない温度条件下で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を固相接合する固相接合工程と、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が形成され、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が形成される温度条件下で熱処理を施す硬度遷移領域形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の接合体の製造方法により製造される接合体においては、第１金属部材と第２金属部材との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数（ヤング率ともいう。）及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材が存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【００１０】
また、本発明の接合体の製造方法により製造される接合体においては、第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間には、上記した第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域がそれぞれ存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【００１１】
その結果、本発明の接合体の製造方法によれば、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力が、これら第１硬度遷移領域、第３金属部材及び第２硬度遷移領域の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の接合体の製造方法によれば、接合体形成工程中に硬度遷移領域形成工程を実施する中で金属部材の接合面に存在する空隙や不動態層を消散させることが可能となるため、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、接合力が高い接合体を製造することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の接合体の製造方法によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、複雑な形状の内部空間を有する接合体を比較的容易に製造することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明の接合体の製造方法は、４層以上の金属部材が接合された構造の接合体を製造する場合にも適用することが可能である。この場合、４層以上の層のうち本発明の条件を満たす３層に着目すれば、本発明の接合体の製造方法を実施することになる。
【００１５】
第３の金属材料は、第１金属部材及び第２金属部材の硬度を高くするための熱処理（例えば、焼入れ処理）によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなることが好ましい。この場合、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【００１６】
［２］本発明の接合体の製造方法においては、前記第１硬度遷移領域は、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、前記第２硬度遷移領域は、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００１７】
このような方法とすることにより、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域の厚さを十分に確保し、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力を、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において十分に分散することが可能となる。
【００１８】
なお、上記の観点からは、第１硬度遷移領域が第１金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って１００μｍ以上の厚さを有し、第２硬度遷移領域が第２金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って１００μｍ以上の厚さを有することが一層好ましく、第１硬度遷移領域が第１金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って２００μｍ以上の厚さを有し、第２硬度遷移領域が第２金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って２００μｍ以上の厚さを有することがより一層好ましい。
また、接合体全体の機械的強度を一層高くするという観点からは、第１硬度遷移領域が第１金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有し、第２硬度遷移領域が第２金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００１９】
［３］本発明の接合体の製造方法においては、前記硬度遷移領域形成工程においては、前記第３金属部材内であって前記第１硬度遷移領域と前記第２硬度遷移領域との間に、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って硬度が定常状態となる硬度定常領域が残る条件で熱処理を施すことが好ましい。
【００２０】
このような方法とすることにより、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が残るため、第３金属部材に緩衝材としての働きを十分に発揮させることが可能となる。
【００２１】
［４］本発明の接合体の製造方法においては、前記硬度定常領域は、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００２２】
このような方法とすることにより、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が十分に残るため、第３金属部材に緩衝材としての働きを一層十分に発揮させることが可能となる。
【００２３】
なお、上記の観点からは、硬度定常領域が第１硬度遷移領域から第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って６０μｍ以上の厚さを有することが一層好ましく、１００μｍ以上の厚さを有することがより一層好ましい。
また、接合体全体の機械的強度を一層高くするという観点からは、硬度定常領域が第１硬度遷移領域から第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って３ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００２４】
［５］本発明の接合体の製造方法においては、前記第３金属部材の厚さは、０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２５】
このような方法とすることにより、第３金属部材の厚みを緩衝材として十分なものとすることが可能となり、かつ、全体としての形態安定性が十分に高い接合体を製造することが可能となる。
【００２６】
なお、本発明において、第３金属部材の最小厚みを０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内としたのは、当該厚みが０．３ｍｍより小さい場合には固相接合後に第３金属部材が第１金属部材及び第２金属部材に吸収されてしまい、第３金属部材の厚みを緩衝材として十分なものとすることが困難となる場合があるためであり、当該厚みが１０．０ｍｍより大きい場合には接合体全体としての形態安定性が十分に高い接合体を製造することが困難となる場合があるためである。この観点からは、第３金属部材の最小厚みが０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内にあることが一層好ましい。
【００２７】
なお、上記［５］に記載した第３金属部材の厚みは、金属部材準備工程時のものである。
【００２８】
［６］本発明の接合体の製造方法においては、前記接合体形成工程より後に、前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分（以下、露出部分という。）のうち少なくとも一部に対して、前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分を溶融させた状態で、第４金属部材を溶融させながら被覆する被覆工程をさらに含み、前記被覆工程においては、前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が形成され、前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が形成され、前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が形成される条件で前記第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００２９】
このような方法とすることにより、第４金属部材と第３金属部材との境界面の近傍に第３硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【００３０】
また、上記［６］の方法によれば、被覆工程においては第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【００３１】
なお、第１金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第１金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第１金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第６硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第２金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第２金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第７硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００３２】
第１金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第１金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第２金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００３３】
本発明の接合体の製造方法においては、被覆工程より後に、被覆工程で第４金属部材を被覆した部分を平滑化する平滑化工程をさらに含むことが好ましい。このような方法とすることにより、表面が平滑な接合体を製造することが可能となる。
【００３４】
［７］本発明の接合体の製造方法においては、前記第４金属部材は、前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなることが好ましい。
【００３５】
一般的に、縦弾性係数が低い金属材料は硬度も低くなる傾向にあり、製造した接合体において第３金属部材が露出していると、第３金属部材の部分が第１金属部材の部分及び第２金属部材の部分よりも早く損耗してしまうことが考えられる。
【００３６】
一方、上記［７］の方法によれば、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材で第３金属部材を覆うことになるため、第３金属部材の部分が第１金属部材の部分及び第２金属部材の部分よりも早く損耗してしまうのを防ぐことが可能な接合体を製造することが可能となる。
【００３７】
［８］本発明の接合体の製造方法においては、前記接合体形成工程と前記被覆工程との間に、前記露出部分のうち少なくとも一部を含むように、前記接合体の表面を部分的に削り取る表面切削工程をさらに含み、前記被覆工程においては、前記表面切削工程で削り取った部分を前記第４金属部材で埋めるように前記第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００３８】
このような方法とすることにより、第３金属部材を含む表面が周りの面よりも低くなるため、被覆工程において第４金属部材を容易に被覆することが可能となる。
【００３９】
また、上記［８］の方法によれば、内部の接合面よりも接合の強度が低い可能性がある表面の接合面を削り取り、製造する接合体全体としての機械的強度を向上させることが可能となる。
【００４０】
なお、表面切削工程において表面を削り取る深さ寸法は、製造する接合体に応じて任意の寸法とすることができるが、第３金属部材の厚さ寸法よりも大きい寸法（例えば、第３金属部材の厚さ寸法の２倍〜６倍）とすることが好ましい。
【００４１】
［９］本発明の接合体の製造方法においては、前記被覆工程より後に、前記接合体に蓄積されている応力を緩和するために前記接合体に熱処理を施す熱処理工程をさらに含むことが好ましい。
【００４２】
このような方法とすることにより、接合体に蓄積されている応力を緩和し、接合体全体としての接合力を高めることが可能となる。
【００４３】
また、上記［９］の方法によれば、上記熱処理により各硬度遷移領域の範囲を大きくし、各金属部材間に発生する応力がより一層分散されるようにすることが可能となる。
【００４４】
なお、上記のような熱処理としては、焼きなましを含む熱処理を例示することができる。また、製造する接合体全体として高い硬度を得たい場合には、焼きなましの後に焼入れ等を行ってもよい。
【００４５】
［１０］本発明の接合体は、第１の金属材料からなる第１金属部材と、第２の金属材料からなる第２金属部材と、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に位置し、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料よりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを備え、前記第３金属部材が前記第１金属部材と前記第２金属部材とに固相接合された構造を有する接合体であって、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が存在し、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が存在することを特徴とする。
【００４６】
本発明の接合体においては、第１金属部材と第２金属部材との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数（ヤング率ともいう。）及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【００４７】
また、本発明の接合体においては、第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間には、上記した第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域がそれぞれ存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【００４８】
その結果、本発明の接合体によれば、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力がこれら第１硬度遷移領域、第３金属部材及び第２硬度遷移領域の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる。
【００４９】
また、本発明の接合体によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、複雑な形状の内部空間を有しても比較的容易に製造することが可能な接合体となる。
【００５０】
なお、本発明の接合体は、４層以上の金属部材が接合された構造の接合体にも適用することが可能である。この場合、４層以上の層のうち本発明の条件を満たす３層に着目すれば、本発明の接合体であるということになる。
【００５１】
第３の金属材料は、第１金属部材及び第２金属部材の硬度を高くするための熱処理によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなることが好ましい。この場合、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【００５２】
［１１］本発明の接合体においては、前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材をさらに備え、前記第４金属部材が、前記第３金属部材の少なくとも一部を被覆する構造を有し、前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が存在し、前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が存在し、前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が存在することが好ましい。
好ましい。
【００５３】
このような構成とすることにより、第４金属部材と第３金属部材との境界面の近傍に第３硬度遷移領域が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【００５４】
また、上記［１１］の構成によれば、上記したような第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【００５５】
なお、第１金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第１金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第１金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第６硬度遷移領域が存在することが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第２金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第２金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第７硬度遷移領域が存在することが好ましい。
【００５６】
第１金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第１金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないように接合されていることが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第２金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないように接合されていることが好ましい。
【００５７】
［１２］本発明の金属製品は、上記［１０］又は［１１］に記載の接合体を用いて製造されたものである。
【００５８】
本発明の金属製品によれば、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる本発明の接合体を用いて製造されたため、大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難い金属製品となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図２】実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。
【図３】実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すグラフである。
【図４】実施形態１に係る接合体１０を説明するために示す図である。
【図５】実施形態１に係る接合体１０における硬度の分布を説明するために示す図である。
【図６】実施例に係る接合体１０ａ（全体は図示せず。）を説明するために示す写真である。
【図７】実施例に係る接合体１０ａを説明するために示すグラフである。
【図８】実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図９】実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。
【図１０】従来の接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図１１】従来の接合体の製造方法を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の接合体の製造方法、接合体及び金属製品について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００６１】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
図２は、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。図２（ａ）は金属部材準備工程Ｓ１を説明するために示す図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は接合体形成工程Ｓ２を説明するために示す図であり、図２（ｄ）は表面切削工程Ｓ３を説明するために示す図であり、図２（ｅ）は被覆工程Ｓ４を説明するために示す図であり、図２（ｆ）は平滑化工程Ｓ６を説明するために示す図である。なお、図２（ａ）〜図２（ｆ）の各図は、接合体１０となる部分の一部（後述する図４の符号Ｂ参照。）を示す模式図である。また、図２においては、熱交換流路１９の図示を省略している。さらにまた、図２においては、熱処理工程Ｓ５についての図示を省略している。
図３は、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すグラフである。図３中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。
【００６２】
まず、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明する。
実施形態１に係る接合体の製造方法は、接合体１０（図４参照。）を製造するための方法である。
【００６３】
実施形態１に係る接合体の製造方法は、金属部材準備工程Ｓ１と、接合体形成工程Ｓ２と、表面切削工程Ｓ３と、被覆工程Ｓ４と、熱処理工程Ｓ５と、平滑化工程Ｓ６とをこの順序で含む。以下、各工程について説明する。
【００６４】
１．金属部材準備工程Ｓ１
金属部材準備工程Ｓ１は、第１の金属材料からなる第１金属部材１２と、第２の金属材料からなる第２金属部材１４と、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６とを準備する工程である（図２（ａ）参照。）。
【００６５】
第１の金属材料、第２の金属材料及び第３の金属材料は、それぞれＣｒを含有する鉄鋼材料からなる。さらにいえば、第１の金属材料及び第２の金属材料は工具鋼からなり、第３の金属材料は、ステンレス鋼からなる。なお、実施形態１においては、第１の金属材料と第２の金属材料とは同一の金属材料からなる。工具鋼としては、例えば、熱間ダイス鋼であるＳＫＤ６１を用いることができる。ステンレス鋼としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌを用いることができる。ＳＵＳ３１６Ｌは、硬度を高めるための熱処理（例えば、焼入れ処理）によっては硬度が高くなりにくい金属材料である。
【００６６】
実施形態１においては、第１の金属材料の熱膨張率と第３の金属材料の熱膨張率との差は、例えば、１×１０−６ｍ／Ｋ〜５×１０−６ｍ／Ｋの範囲内にあり、第２の金属材料の熱膨張率と第３の金属材料の熱膨張率との差も、例えば、１×１０−６ｍ／Ｋ〜５×１０−６ｍ／Ｋの範囲内にある。また、第１の金属材料の縦弾性係数と第３の金属材料の縦弾性係数との差は、例えば、１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲内にあり、第２の金属材料の縦弾性係数と第３の金属材料の縦弾性係数との差も、例えば、１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲内にある。
【００６７】
第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６のそれぞれの接合予定面（第１金属部材１２と第３金属部材１６とが向かい合う部分と、第２金属部材１４と第３金属部材１６とが向かい合う部分）における算術平均荒さは、例えば、０．２μｍ以下である。
第３金属部材１６の厚さは、０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあり、さらにいえば０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内にあり、例えば、１．０ｍｍである。なお、実施形態１においては、各接合予定面は平面であり、各金属部材は平板状の形状（円柱を輪切りにしたような形状）を有する。
【００６８】
２．接合体形成工程Ｓ２
接合体形成工程Ｓ２は、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に第３金属部材１６を介在させた状態で第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を接合して接合体を形成する工程である（図２（ｂ）及び図２（ｃ）参照。）。
【００６９】
接合体形成工程Ｓ２は、固相接合工程Ｓ２ａと硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂとをこの順序で含む。
固相接合工程Ｓ２ａは、図３に示すように、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に第３金属部材１６を介在させた状態で、第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６に所定の圧力をかけ、第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６が溶融しない温度条件下（第１温度Ｔ１）で第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を固相接合する工程である。実施形態１において、固相接合工程Ｓ２ａは、各金属部材を積層して所定の圧力をかけた上で第１温度Ｔ１に加熱し、その後徐冷することにより実施する。
【００７０】
硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂは、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面の近傍に第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第１金属部材１２から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域１３が形成され、かつ、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面の近傍に第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第２金属部材１４から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域１５が形成される温度条件下で熱処理を施す工程である。
【００７１】
実施形態１においては、硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂは、まず、固相接合工程Ｓ２ａ後に残留している応力を開放して金属組織を均一化するために、接合体を一度第４温度Ｔ４まで加熱した後に急冷し、その後に徐冷する。その後、接合体を第２温度Ｔ２に加熱した後、接合体を第３温度Ｔ３まで徐冷することにより実施される。第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２、第３温度Ｔ３及び第４温度Ｔ４は、固相接合する金属部材を構成する金属材料の種類によって適宜選択することが可能であるが、第１温度Ｔ１は、例えば、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあり、第４温度Ｔ４は、例えば、１０００℃〜１１５０℃の範囲内にあり、第２温度Ｔ２は、例えば、８００℃〜１１５０℃の範囲内にあり、第３温度Ｔ３は、例えば、６００℃以下である。
【００７２】
第１硬度遷移領域１３は、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、一層好ましくは１００μｍ以上の厚さを有し、より一層好ましくは２００μｍ以上の厚さを有する。第２硬度遷移領域１５は、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、一層好ましくは１００μｍ以上の厚さを有し、より一層好ましくは２００μｍ以上の厚さを有する。また、第１硬度遷移領域１３は、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましく、第２硬度遷移領域１５は、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００７３】
硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂにおいては、第３金属部材１６内であって、第１硬度遷移領域１３と第２硬度遷移領域１５との間に、第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って硬度が定常状態となる硬度定常領域（つまり、第３金属部材１６のうち、第１硬度遷移領域１３と第２硬度遷移領域１５との間の部分）が残る条件で熱処理を施す。
硬度定常領域は、第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有し、一層好ましくは６０μｍ以上の厚さを有し、より一層好ましくは１００μｍ以上の厚さを有する。また、硬度定常領域は、第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って３ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００７４】
なお、実施形態１における硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂにおいては、固相接合工程Ｓ２ａ後に残留している応力を開放して金属組織を均一化するために、接合体を一度第４温度Ｔ４まで加熱した後に急冷し、その後に徐冷したが、本発明はこれに限定されるものではない。固相接合工程後に残留している応力が十分に小さい場合には、「接合体を一度第４温度Ｔ４まで加熱した後に急冷し、その後に徐冷する」という工程を行わなくてもよい。
【００７５】
３．表面切削工程Ｓ３
表面切削工程Ｓ３は、第３金属部材１６が接合体の表面に露出している部分（以下、露出部分という。）のうち少なくとも一部を含むように、接合体の表面を部分的に削り取る工程である（図２（ｄ）参照。）。
【００７６】
実施形態１においては、断面形状が半円形となる溝状の凹部ができるように切削工程を行う。表面切削工程Ｓ３において表面を削り取る深さの寸法は、第３金属部材１６の厚さの寸法よりも深く、第３金属部材１６の厚さの寸法の２倍〜６倍である。
【００７７】
４．被覆工程Ｓ４
被覆工程Ｓ４は、露出部分のうち少なくとも一部に対して、第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６が接合体の表面に露出している部分を溶融させた状態で、第４金属部材２０を溶融させながら被覆する工程である（図２（ｅ）参照。）。つまり、被覆工程Ｓ４は液相接合を行う工程であるともいえる。
第４金属部材２０は、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる。第４の金属材料は、工具鋼からなり、例えば、熱間ダイス鋼であるＳＫＤ６１を用いることができる。なお、実施形態１においては、第４の金属材料と、第１の金属材料及び第２の金属材料とは同一の金属材料からなる。
【００７８】
被覆工程Ｓ４においては、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第３金属部材１６に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域２１が形成され、第４金属部材２０と第１硬度遷移領域１３との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域２３が形成され、第４金属部材２０と第２硬度遷移領域１５との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域２５が形成される条件で第４金属部材２０を被覆する。
【００７９】
実施形態１においては、第１金属部材１２と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材２０を被覆する。また、第２金属部材１４と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材２０を被覆する。
被覆工程Ｓ４においては、表面切削工程Ｓ３で削り取った部分を第４金属部材２０で埋めるように第４金属部材２０を被覆する。
【００８０】
５．熱処理工程Ｓ５
熱処理工程Ｓ５は、接合体に蓄積されている応力を緩和するために接合体に熱処理を施す工程である。接合体に蓄積されている応力を緩和するための熱処理としては、周知の方法である焼きなましを含む熱処理を用いることができる。なお、製造する接合体全体として高い硬度を得たいときには、焼きなましの後に焼入れ等を行ってもよい。
【００８１】
６．平滑化工程Ｓ６
平滑化工程Ｓ６は、被覆工程Ｓ４で第４金属部材２０を被覆した部分を平滑化する工程である（図２（ｆ）参照。）。平滑化は、研磨や切削等、種々の方法で行うことができる。以上の工程により、接合体１０を製造することができる。
【００８２】
次に、接合体１０について説明する。
図４は、実施形態１に係る接合体１０を説明するために示す図である。図４（ａ）は接合体１０の斜視図であり、図４（ｂ）は接合体１０の上面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図４（ｂ）及び図４（ｃ）においては、視点位置からは直接見えない熱交換流路１９について点線で表示している。
図５は、実施形態１に係る接合体１０における硬度の分布を説明するために示す図である。図５においては、硬度が高い部分を濃い色で図示し、硬度が低い部分を薄い色で図示している。なお、図５における破線は、固相接合又は被覆の時点における金属部材同士の接合面又は境界面を大まかに表すものであり、硬度の分布を表すものではない。
【００８３】
接合体１０は、成形金型の一部として用いる金属製品であり、接合体１０は実施形態１に係る金属製品であるともいえる。接合体１０は、内部に熱交換媒体を流して熱交換をおこなうための熱交換流路１９を有する。当該熱交換流路１９のうち、第１金属部材１２と第２金属部材１４とにまたがる部分については、あらかじめ第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を削り取り、その後固相接合することにより形成したものである。熱交換流路１９のうち、それ以外の部分（例えば、金属部材１４の中を通る部分）については、広く用いられている穿孔手段（例えば、ドリル）を用いた穿孔により形成することができる。
【００８４】
接合体１０は、第１の金属材料からなる第１金属部材１２と、第２の金属材料からなる第２金属部材１４と、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に位置し、第１の金属材料及び第２の金属材料よりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６とを備え、第１金属部材１２、第３金属部材１６及び第２金属部材１４が接合された構造を有する接合体である（全体図は図４を、詳細は図５をそれぞれ参照。）。
【００８５】
接合体１０は、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面の近傍に第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第１金属部材１２から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域１３が存在し、かつ、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面の近傍に第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第２金属部材１４から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域１５が存在する（図５参照。）。
【００８６】
接合体１０は、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材２０をさらに備え、第４金属部材２０が第３金属部材１６の少なくとも一部を被覆する構造を有し、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第３金属部材１６に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域２１が存在し、第４金属部材２０と第１硬度遷移領域１３との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域２３が存在し、第４金属部材２０と第２硬度遷移領域１５との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域２５が存在する。
【００８７】
また、接合体１０においては、第１金属部材１２と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないように接合されており、また、第２金属部材１４と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないように接合されている。
【００８８】
以下、実施形態１に係る接合体の製造方法、接合体及び金属製品の効果を記載する。
【００８９】
実施形態１に係る接合体の製造方法により製造される接合体１０においては、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６が存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【００９０】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法により製造される接合体１０においては、第１金属部材１２と第３金属部材１６との間及び第２金属部材１４と第３金属部材１６との間には、上記した第１硬度遷移領域１３及び第２硬度遷移領域１５がそれぞれ存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【００９１】
その結果、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に発生する熱応力が、これら第１硬度遷移領域１３、第３金属部材１６及び第２硬度遷移領域１５の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造することが可能となる。
【００９２】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、接合体形成工程Ｓ２中に硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂを実施する中で金属部材の接合面に存在する空隙や不動態層を消散させることが可能となるため、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、接合力が高い接合体を製造することが可能となる。
【００９３】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、複雑な形状の内部空間を有する接合体を比較的容易に製造することが可能となる。
【００９４】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第３の金属材料は、第１金属部材１２及び第２金属部材１４の硬度を高くするための熱処理によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなるため、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【００９５】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第１硬度遷移領域１３が第１金属部材１５と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、第２硬度遷移領域１５が第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有するため、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域の厚さを十分に確保し、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力を、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において十分に分散することが可能となる。
【００９６】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂにおいて硬度定常領域が残る条件で熱処理を施すため、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が残り、第３金属部材に緩衝材としての働きを十分に発揮させることが可能となる。
【００９７】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、硬度定常領域が第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有するため、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が十分に残り、第３金属部材に緩衝材としての働きを一層十分に発揮させることが可能となる。
【００９８】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第３金属部材１６の厚さが０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあるため、第３金属部材の厚みを緩衝材として十分なものとすることが可能となり、かつ、全体としての形態安定性が十分に高い接合体を製造することが可能となる。
【００９９】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に第３硬度遷移領域２１が形成される条件で第４金属部材２０を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【０１００】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、被覆工程Ｓ４においては第４硬度遷移領域２３及び第５硬度遷移領域２５が形成される条件で第４金属部材２０を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【０１０１】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、被覆工程Ｓ４で第４金属部材２０を被覆した部分を平滑化する平滑化工程Ｓ６をさらに含むため、表面が平滑な接合体を製造することが可能となる。
【０１０２】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第４金属部材２０は、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなるため、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材で第３金属部材を覆うことになり、第３金属部材の部分が第１金属部材の部分及び第２金属部材の部分よりも早く損耗してしまうのを防ぐことが可能な接合体を製造することが可能となる。
【０１０３】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、露出部分のうち少なくとも一部を含むように接合体の表面を部分的に削り取る表面切削工程Ｓ３を含むため、第３金属部材を含む表面が周りの面よりも低くなり、被覆工程において第４金属部材を容易に被覆することが可能となる。
【０１０４】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、内部の接合面よりも接合の強度が低い可能性がある表面の接合面を削り取り、製造する接合体全体としての機械的強度を向上させることが可能となる。
【０１０５】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、被覆工程Ｓ４より後に、接合体に蓄積されている応力を緩和するために接合体に熱処理を施す熱処理工程Ｓ５を含むため、接合体に蓄積されている応力を緩和し、接合体全体としての接合力を高めることが可能となる。
【０１０６】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、熱処理により各硬度遷移領域の範囲を大きくし、各金属部材間に発生する応力がより一層分散されるようにすることが可能となる。
【０１０７】
実施形態１に係る接合体１０においては、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【０１０８】
また、実施形態１に係る接合体１０においては、第１金属部材１２と第３金属部材１６との間及び第２金属部材１４と第３金属部材１６との間には、上記した第１硬度遷移領域１３及び第２硬度遷移領域１５がそれぞれ存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【０１０９】
その結果、実施形態１に係る接合体１０によれば、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に発生する熱応力がこれら第１硬度遷移領域１３、第３金属部材１６及び第２硬度遷移領域１５の働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる。
【０１１０】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、複雑な形状の内部空間を有しても比較的容易に製造することが可能な接合体となる。
【０１１１】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、第３の金属材料は、第１金属部材１２及び第２金属部材１４の硬度を高くするための熱処理によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなるため、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【０１１２】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に第３硬度遷移領域２１が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【０１１３】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、第４硬度遷移領域２３及び第５硬度遷移領域２５が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【０１１４】
実施形態１に係る金属製品は、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる実施形態１に係る接合体１０を用いて製造されたため、大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難い金属製品となる。
【０１１５】
［実施例］
図６は、実施例に係る接合体１０ａ（全体は図示せず。）を説明するために示す写真である。図６（ａ）は接合体１０ａの断面の拡大光学写真であり、図６（ｂ）は接合体１０ａの断面の電子顕微鏡写真である。なお、図６において示した硬度遷移領域（第１硬度遷移領域１３ａ、第２硬度遷移領域１５ａ、第３硬度遷移領域２１ａ、第４硬度遷移領域２３ａ及び第５硬度遷移領域２５ａ）の範囲は概略であり、必ずしも実際の範囲を正確に写し取ったものではない。
【０１１６】
図７は、実施例に係る接合体１０ａを説明するために示すグラフである。図７のグラフにおいては、縦軸は硬度を表し、横軸は測定ポイントの数を表している。なお、硬度の測定は第１金属部材１２ａ−第３金属部材１６ａ−第２金属部材１４ａ間で、接合面に対する角度を６０°としてマイクロビッカース法で測定した。測定ポイントの間隔は約２４μｍである。なお、図７においては、硬度が定常状態となるはずの部分や硬度が徐々に変化するはずの部分において、硬度の値が乱高下して見えるが、これはマイクロビッカース法による測定誤差がそのまま出ているためである。図７において符号１２ａで示すのは第１金属部材１２ａのみからなる部分の硬度であり、符号１３ａで示すのは第１硬度遷移領域１３ａの部分の硬度であり、符号１６ａで示すのは第３金属部材１６ａのみからなる部分（つまり、硬度定常領域）の硬度であり、符号１５ａで示すのは第２硬度遷移領域１５ａの部分の硬度であり、符号１４ａで示すのは第２金属部材１４ａのみからなる部分の硬度である。
【０１１７】
実施例においては、実施形態１に係る接合体の製造方法と同様の方法を用いて接合体１０ａを製造し、写真による観察と硬度の測定とを行った。なお、実施例においては、第１金属部材１２ａ（ＳＫＤ６１からなる。）、第２金属部材１４ａ（ＳＫＤ６１からなる。）、第３金属部材１６ａ（ＳＵＳ３１６Ｌからなる。）、第４金属部材２０ａ（ＳＫＤ６１からなる。）を用いた。なお、第３金属部材１６ａの元々の厚さ寸法は約０．７ｍｍであったが、固相接合工程のときにおける圧力と熱により第３金属部材１６ａがやや潰れたため、最終的な第３金属部材１６ａの厚さ寸法は０．６ｍｍほどになっている。
【０１１８】
実施例においては、硬度の測定は第１金属部材１２ａ−第３金属部材１６ａ−第２金属部材１４ａ間で行ったが、第４金属部材２０ａ−第３金属部材１６ａ間、第４金属部材２０ａ−第１金属部材１２ａ間及び第４金属部材２０ａ−第２金属部材１４ａ間においても、図７に示す第１硬度遷移領域１３ａ及び第２硬度遷移領域１５ａにおける硬度変化の様子と類似した各硬度遷移領域（第３硬度遷移領域、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域）の硬度変化の様子がそれぞれ観測されると考えられる。
【０１１９】
実施例での観察と観測の結果、本発明に係る接合体１０ａが製造できていることが確認できた。
【０１２０】
なお、現在様々な条件により実験中であるが、本発明に係る接合体の製造方法を用いて製造した接合体から、成形金型を製造し、アルミニウムダイカスト鋳造を実際に行って耐久性をテストしたところ、１０万ショットを超えても成形金型の破損は見られなかった。
【０１２１】
［実施形態２］
図８は、実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
図９は、実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。図９（ａ）は金属部材準備工程Ｓ１１を説明するために示す図であり、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は接合体形成工程Ｓ１２を説明するために示す図である。なお、図９（ａ）〜図９（ｃ）の各図は、接合体３０（全体は図示せず。）となる部分の一部を示す模式図である。
【０１２２】
実施形態２に係る接合体の製造方法は、基本的には実施形態１に係る接合体の製造方法と同様の方法であるが、表面切削工程以降の工程を含まない点で実施形態１に係る接合体の製造方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る接合体の製造方法は、図８及び図９に示すように、金属部材準備工程Ｓ１１と接合体形成工程Ｓ１２とをこの順序で含む。金属部材準備工程Ｓ１１は実施形態１における金属部材準備工程Ｓ１と、接合体形成工程Ｓ１２は実施形態１における接合体形成工程Ｓ２と基本的に同様の工程であるため、詳細な説明は省略する。
【０１２３】
なお、実施形態２に係る接合体の製造方法により製造される接合体３０は、第４金属部材を備えず、第３金属部材３６からなる部分が露出している。接合体３０を用いる金属製品が、表面の硬度の差があまり問題にならない用途（例えば、内部構造に用いられる構造部材）に用いられるものである場合には、実施形態２に係る接合体３０のような構成でも十分である。
【０１２４】
実施形態２に係る接合体の製造方法は、表面切削工程以降の工程を含まない点が実施形態１に係る接合体の製造方法とは異なるが、実施形態１に係る接合体の製造方法と同様に、第１金属部材３２と第２金属部材３４との間に発生する熱応力が第１硬度遷移領域３３、第３金属部材３６及び第２硬度遷移領域３５の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造することが可能となる。
【０１２５】
なお、実施形態２に係る接合体の製造方法は、表面切削工程以降の工程を含まない点以外は実施形態１に係る接合体の製造方法と同様の方法であるため、実施形態１に係る接合体の製造方法が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
【０１２６】
実施形態２に係る接合体３０は、第４金属部材を備えない点が実施形態１に係る接合体１０とは異なるが、実施形態１に係る接合体１０と同様に、第１金属部材３２と第２金属部材３４との間に発生する熱応力が第１硬度遷移領域３３、第３金属部材３６及び第２硬度遷移領域３５の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる。
【０１２７】
なお、実施形態２に係る接合体３０は、第４金属部材を備えない点以外は実施形態１に係る接合体１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る接合体１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
【０１２８】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【０１２９】
（１）上記各実施形態においては、第１金属部材及び第２金属部材として、熱間ダイス鋼であるＳＫＤ６１からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１金属部材及び第２金属部材としては、製造する金属製品の用途に適合する限り種々の金属材料からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いてよく、例えば、ＳＫＤ６１以外の熱間ダイス鋼、熱間ダイス鋼以外の工具鋼、工具鋼以外の鉄鋼、鉄鋼以外の金属等を用いることができる。なお、実施形態１における第４金属部材も同様である。
【０１３０】
（２）上記各実施形態においては、第３金属部材として、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌからなる第３金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第３金属部材としては、製造する金属製品の用途に適合する限り種々の金属材料からなる第３金属部材を用いてよく、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ以外のステンレス鋼、ステンレス鋼以外の鉄鋼、鉄鋼以外の金属等を用いることができる。
【０１３１】
（３）上記各実施形態においては、接合予定面が平面である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。接合予定面が互いに密着可能であれば、接合予定面が平面でなくてもよい（例えば、曲面形状、段差形状など。）。
【０１３２】
（４）上記各実施形態においては、第１金属部材及び第２金属部材として、同一の金属材料からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１金属部材及び第２金属部材としては、異なる金属材料からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いてもよい。
【０１３３】
（５）上記実施形態１においては、第４金属部材として、第１金属部材及び第２金属部材と同一の金属材料からなる第４金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第４金属部材としては、第１金属部材又は第２金属部材とは異なる金属材料からなる第４金属部材を用いてもよい。
【０１３４】
（６）上記実施形態１においては、第４金属部材として、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第４金属部材としては、第３の金属材料と硬度が同じ又は第３の金属材料よりも硬度が低い金属材料からなる第４金属部材を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１０，３０，９０…接合体、１２，１２ａ，３２，９２…第１金属部材、１３，１３ａ，２３…第１硬度遷移領域、１４，１４ａ，３４，９４…第２金属部材、１５，１５ａ，３５…第２硬度遷移領域、１６，１６ａ，３６…第３金属部材、２０，２０ａ…第４金属部材、２１，２１ａ…第３硬度遷移領域、２３，２３ａ…第４硬度遷移領域、２５，２５ａ…第５硬度遷移領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合体の製造方法、接合体及び金属製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
図１１は、従来の接合体の製造方法を説明するために示す図である。図１１（ａ）は金属部材準備工程Ｓ９１を説明するために示す図であり、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は接合体形成工程Ｓ９２を説明するために示す図であり、
【０００３】
従来、複数の金属部材を接合して接合体を製造する接合体の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の接合体の製造方法は、特にＣｒを含有する鉄鋼部材を接合して接合体を製造するのに適した方法であり、具体的には、図１０及び図１１に示すように、第１の金属材料からなる第１金属部材９２と、第２の金属材料からなる第２金属部材９４とを準備する金属部材準備工程Ｓ９１と、第１金属部材９２及び第２金属部材９４を接合して接合体を形成する接合体形成工程Ｓ９２とをこの順序で含み、接合体形成工程Ｓ９２は、第１金属部材９２及び第２金属部材９４が溶融しない温度条件下で第１金属部材９２及び第２金属部材９４を固相接合する固相接合工程Ｓ９２ａと、接合した第１金属部材９２及び第２金属部材９４を所定条件の下で加熱及び徐冷することにより、２つの金属部材の間の接合力を強化する接合力強化工程Ｓ９４ｂとをこの順序で含む。
【０００４】
従来の接合体の製造方法によれば、接合体の接合力を低下させる原因となる空隙や不動態層（金属部材がＣｒを含有する場合にはＣｒ含有不動態層）を金属組織が変態する過程で消散させることが可能となり、その結果、接合力が高い接合体を製造することが可能となる。また、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、複雑な形状の内部空間（例えば、熱交換媒体を流す熱交換流路）を有する接合体を比較的容易に製造することが可能となる。このようにして製造した接合体は、各種金型、各種工具、各種構造部材等の金属製品に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２９６２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した方法により製造した接合体は、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生しない条件でこれを使用する場合には十分に高い接合力を維持できる。しかしながら、上記した方法で製造した接合体は、これに焼き入れ処理を施すことにより硬度を高くしてこれを使用する場合においては、焼き入れ処理により第１金属部材と第２金属部材の硬度が高くなるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で当該接合体を使用した場合に、温度差に起因して発生する熱応力が接合力の限界を超えてしまい、接合体が破損してしまう場合があるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造可能な接合体の製造方法を提供することを目的とする。また、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を提供することを目的とする。さらにまた、本発明の接合体を用いた金属製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［１］本発明の接合体の製造方法は、第１の金属材料からなる第１金属部材と、第２の金属材料からなる第２金属部材と、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを準備する金属部材準備工程と、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程とをこの順序で含み、前記接合体形成工程は、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が溶融しない温度条件下で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を固相接合する固相接合工程と、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が形成され、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が形成される温度条件下で熱処理を施す硬度遷移領域形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の接合体の製造方法により製造される接合体においては、第１金属部材と第２金属部材との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数（ヤング率ともいう。）及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材が存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【００１０】
また、本発明の接合体の製造方法により製造される接合体においては、第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間には、上記した第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域がそれぞれ存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【００１１】
その結果、本発明の接合体の製造方法によれば、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力が、これら第１硬度遷移領域、第３金属部材及び第２硬度遷移領域の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の接合体の製造方法によれば、接合体形成工程中に硬度遷移領域形成工程を実施する中で金属部材の接合面に存在する空隙や不動態層を消散させることが可能となるため、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、接合力が高い接合体を製造することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の接合体の製造方法によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、複雑な形状の内部空間を有する接合体を比較的容易に製造することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明の接合体の製造方法は、４層以上の金属部材が接合された構造の接合体を製造する場合にも適用することが可能である。この場合、４層以上の層のうち本発明の条件を満たす３層に着目すれば、本発明の接合体の製造方法を実施することになる。
【００１５】
第３の金属材料は、第１金属部材及び第２金属部材の硬度を高くするための熱処理（例えば、焼入れ処理）によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなることが好ましい。この場合、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【００１６】
［２］本発明の接合体の製造方法においては、前記第１硬度遷移領域は、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、前記第２硬度遷移領域は、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００１７】
このような方法とすることにより、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域の厚さを十分に確保し、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力を、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において十分に分散することが可能となる。
【００１８】
なお、上記の観点からは、第１硬度遷移領域が第１金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って１００μｍ以上の厚さを有し、第２硬度遷移領域が第２金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って１００μｍ以上の厚さを有することが一層好ましく、第１硬度遷移領域が第１金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って２００μｍ以上の厚さを有し、第２硬度遷移領域が第２金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って２００μｍ以上の厚さを有することがより一層好ましい。
また、接合体全体の機械的強度を一層高くするという観点からは、第１硬度遷移領域が第１金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有し、第２硬度遷移領域が第２金属部材と第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００１９】
［３］本発明の接合体の製造方法においては、前記硬度遷移領域形成工程においては、前記第３金属部材内であって前記第１硬度遷移領域と前記第２硬度遷移領域との間に、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って硬度が定常状態となる硬度定常領域が残る条件で熱処理を施すことが好ましい。
【００２０】
このような方法とすることにより、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が残るため、第３金属部材に緩衝材としての働きを十分に発揮させることが可能となる。
【００２１】
［４］本発明の接合体の製造方法においては、前記硬度定常領域は、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００２２】
このような方法とすることにより、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が十分に残るため、第３金属部材に緩衝材としての働きを一層十分に発揮させることが可能となる。
【００２３】
なお、上記の観点からは、硬度定常領域が第１硬度遷移領域から第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って６０μｍ以上の厚さを有することが一層好ましく、１００μｍ以上の厚さを有することがより一層好ましい。
また、接合体全体の機械的強度を一層高くするという観点からは、硬度定常領域が第１硬度遷移領域から第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って３ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００２４】
［５］本発明の接合体の製造方法においては、前記第３金属部材の厚さは、０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２５】
このような方法とすることにより、第３金属部材の厚みを緩衝材として十分なものとすることが可能となり、かつ、全体としての形態安定性が十分に高い接合体を製造することが可能となる。
【００２６】
なお、本発明において、第３金属部材の最小厚みを０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内としたのは、当該厚みが０．３ｍｍより小さい場合には固相接合後に第３金属部材が第１金属部材及び第２金属部材に吸収されてしまい、第３金属部材の厚みを緩衝材として十分なものとすることが困難となる場合があるためであり、当該厚みが１０．０ｍｍより大きい場合には接合体全体としての形態安定性が十分に高い接合体を製造することが困難となる場合があるためである。この観点からは、第３金属部材の最小厚みが０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内にあることが一層好ましい。
【００２７】
なお、上記［５］に記載した第３金属部材の厚みは、金属部材準備工程時のものである。
【００２８】
［６］本発明の接合体の製造方法においては、前記接合体形成工程より後に、前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分（以下、露出部分という。）のうち少なくとも一部に対して、前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分を溶融させた状態で、第４金属部材を溶融させながら被覆する被覆工程をさらに含み、前記被覆工程においては、前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が形成され、前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が形成され、前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が形成される条件で前記第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００２９】
このような方法とすることにより、第４金属部材と第３金属部材との境界面の近傍に第３硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【００３０】
また、上記［６］の方法によれば、被覆工程においては第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【００３１】
なお、第１金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第１金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第１金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第６硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第２金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第２金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第７硬度遷移領域が形成される条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００３２】
第１金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第１金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第２金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００３３】
本発明の接合体の製造方法においては、被覆工程より後に、被覆工程で第４金属部材を被覆した部分を平滑化する平滑化工程をさらに含むことが好ましい。このような方法とすることにより、表面が平滑な接合体を製造することが可能となる。
【００３４】
［７］本発明の接合体の製造方法においては、前記第４金属部材は、前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなることが好ましい。
【００３５】
一般的に、縦弾性係数が低い金属材料は硬度も低くなる傾向にあり、製造した接合体において第３金属部材が露出していると、第３金属部材の部分が第１金属部材の部分及び第２金属部材の部分よりも早く損耗してしまうことが考えられる。
【００３６】
一方、上記［７］の方法によれば、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材で第３金属部材を覆うことになるため、第３金属部材の部分が第１金属部材の部分及び第２金属部材の部分よりも早く損耗してしまうのを防ぐことが可能な接合体を製造することが可能となる。
【００３７】
［８］本発明の接合体の製造方法においては、前記接合体形成工程と前記被覆工程との間に、前記露出部分のうち少なくとも一部を含むように、前記接合体の表面を部分的に削り取る表面切削工程をさらに含み、前記被覆工程においては、前記表面切削工程で削り取った部分を前記第４金属部材で埋めるように前記第４金属部材を被覆することが好ましい。
【００３８】
このような方法とすることにより、第３金属部材を含む表面が周りの面よりも低くなるため、被覆工程において第４金属部材を容易に被覆することが可能となる。
【００３９】
また、上記［８］の方法によれば、内部の接合面よりも接合の強度が低い可能性がある表面の接合面を削り取り、製造する接合体全体としての機械的強度を向上させることが可能となる。
【００４０】
なお、表面切削工程において表面を削り取る深さ寸法は、製造する接合体に応じて任意の寸法とすることができるが、第３金属部材の厚さ寸法よりも大きい寸法（例えば、第３金属部材の厚さ寸法の２倍〜６倍）とすることが好ましい。
【００４１】
［９］本発明の接合体の製造方法においては、前記被覆工程より後に、前記接合体に蓄積されている応力を緩和するために前記接合体に熱処理を施す熱処理工程をさらに含むことが好ましい。
【００４２】
このような方法とすることにより、接合体に蓄積されている応力を緩和し、接合体全体としての接合力を高めることが可能となる。
【００４３】
また、上記［９］の方法によれば、上記熱処理により各硬度遷移領域の範囲を大きくし、各金属部材間に発生する応力がより一層分散されるようにすることが可能となる。
【００４４】
なお、上記のような熱処理としては、焼きなましを含む熱処理を例示することができる。また、製造する接合体全体として高い硬度を得たい場合には、焼きなましの後に焼入れ等を行ってもよい。
【００４５】
［１０］本発明の接合体は、第１の金属材料からなる第１金属部材と、第２の金属材料からなる第２金属部材と、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に位置し、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料よりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを備え、前記第３金属部材が前記第１金属部材と前記第２金属部材とに固相接合された構造を有する接合体であって、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が存在し、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が存在することを特徴とする。
【００４６】
本発明の接合体においては、第１金属部材と第２金属部材との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数（ヤング率ともいう。）及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【００４７】
また、本発明の接合体においては、第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間には、上記した第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域がそれぞれ存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【００４８】
その結果、本発明の接合体によれば、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力がこれら第１硬度遷移領域、第３金属部材及び第２硬度遷移領域の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる。
【００４９】
また、本発明の接合体によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、複雑な形状の内部空間を有しても比較的容易に製造することが可能な接合体となる。
【００５０】
なお、本発明の接合体は、４層以上の金属部材が接合された構造の接合体にも適用することが可能である。この場合、４層以上の層のうち本発明の条件を満たす３層に着目すれば、本発明の接合体であるということになる。
【００５１】
第３の金属材料は、第１金属部材及び第２金属部材の硬度を高くするための熱処理によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなることが好ましい。この場合、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【００５２】
［１１］本発明の接合体においては、前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材をさらに備え、前記第４金属部材が、前記第３金属部材の少なくとも一部を被覆する構造を有し、前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が存在し、前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が存在し、前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が存在することが好ましい。
好ましい。
【００５３】
このような構成とすることにより、第４金属部材と第３金属部材との境界面の近傍に第３硬度遷移領域が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【００５４】
また、上記［１１］の構成によれば、上記したような第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【００５５】
なお、第１金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第１金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第１金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第６硬度遷移領域が存在することが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが異なる金属材料からなる場合には、第４金属部材から第２金属部材に向かう方向に沿って第４金属部材から第２金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第７硬度遷移領域が存在することが好ましい。
【００５６】
第１金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第１金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないように接合されていることが好ましい。また、第２金属部材と第４金属部材とが同一の金属材料からなる場合には、第２金属部材と第４金属部材との間に明確な境界面が残らないように接合されていることが好ましい。
【００５７】
［１２］本発明の金属製品は、上記［１０］又は［１１］に記載の接合体を用いて製造されたものである。
【００５８】
本発明の金属製品によれば、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる本発明の接合体を用いて製造されたため、大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難い金属製品となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図２】実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。
【図３】実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すグラフである。
【図４】実施形態１に係る接合体１０を説明するために示す図である。
【図５】実施形態１に係る接合体１０における硬度の分布を説明するために示す図である。
【図６】実施例に係る接合体１０ａ（全体は図示せず。）を説明するために示す写真である。
【図７】実施例に係る接合体１０ａを説明するために示すグラフである。
【図８】実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図９】実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。
【図１０】従来の接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図１１】従来の接合体の製造方法を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の接合体の製造方法、接合体及び金属製品について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００６１】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
図２は、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。図２（ａ）は金属部材準備工程Ｓ１を説明するために示す図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は接合体形成工程Ｓ２を説明するために示す図であり、図２（ｄ）は表面切削工程Ｓ３を説明するために示す図であり、図２（ｅ）は被覆工程Ｓ４を説明するために示す図であり、図２（ｆ）は平滑化工程Ｓ６を説明するために示す図である。なお、図２（ａ）〜図２（ｆ）の各図は、接合体１０となる部分の一部（後述する図４の符号Ｂ参照。）を示す模式図である。また、図２においては、熱交換流路１９の図示を省略している。さらにまた、図２においては、熱処理工程Ｓ５についての図示を省略している。
図３は、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明するために示すグラフである。図３中、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。
【００６２】
まず、実施形態１に係る接合体の製造方法を説明する。
実施形態１に係る接合体の製造方法は、接合体１０（図４参照。）を製造するための方法である。
【００６３】
実施形態１に係る接合体の製造方法は、金属部材準備工程Ｓ１と、接合体形成工程Ｓ２と、表面切削工程Ｓ３と、被覆工程Ｓ４と、熱処理工程Ｓ５と、平滑化工程Ｓ６とをこの順序で含む。以下、各工程について説明する。
【００６４】
１．金属部材準備工程Ｓ１
金属部材準備工程Ｓ１は、第１の金属材料からなる第１金属部材１２と、第２の金属材料からなる第２金属部材１４と、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６とを準備する工程である（図２（ａ）参照。）。
【００６５】
第１の金属材料、第２の金属材料及び第３の金属材料は、それぞれＣｒを含有する鉄鋼材料からなる。さらにいえば、第１の金属材料及び第２の金属材料は工具鋼からなり、第３の金属材料は、ステンレス鋼からなる。なお、実施形態１においては、第１の金属材料と第２の金属材料とは同一の金属材料からなる。工具鋼としては、例えば、熱間ダイス鋼であるＳＫＤ６１を用いることができる。ステンレス鋼としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌを用いることができる。ＳＵＳ３１６Ｌは、硬度を高めるための熱処理（例えば、焼入れ処理）によっては硬度が高くなりにくい金属材料である。
【００６６】
実施形態１においては、第１の金属材料の熱膨張率と第３の金属材料の熱膨張率との差は、例えば、１×１０−６ｍ／Ｋ〜５×１０−６ｍ／Ｋの範囲内にあり、第２の金属材料の熱膨張率と第３の金属材料の熱膨張率との差も、例えば、１×１０−６ｍ／Ｋ〜５×１０−６ｍ／Ｋの範囲内にある。また、第１の金属材料の縦弾性係数と第３の金属材料の縦弾性係数との差は、例えば、１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲内にあり、第２の金属材料の縦弾性係数と第３の金属材料の縦弾性係数との差も、例えば、１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲内にある。
【００６７】
第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６のそれぞれの接合予定面（第１金属部材１２と第３金属部材１６とが向かい合う部分と、第２金属部材１４と第３金属部材１６とが向かい合う部分）における算術平均荒さは、例えば、０．２μｍ以下である。
第３金属部材１６の厚さは、０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあり、さらにいえば０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内にあり、例えば、１．０ｍｍである。なお、実施形態１においては、各接合予定面は平面であり、各金属部材は平板状の形状（円柱を輪切りにしたような形状）を有する。
【００６８】
２．接合体形成工程Ｓ２
接合体形成工程Ｓ２は、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に第３金属部材１６を介在させた状態で第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を接合して接合体を形成する工程である（図２（ｂ）及び図２（ｃ）参照。）。
【００６９】
接合体形成工程Ｓ２は、固相接合工程Ｓ２ａと硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂとをこの順序で含む。
固相接合工程Ｓ２ａは、図３に示すように、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に第３金属部材１６を介在させた状態で、第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６に所定の圧力をかけ、第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６が溶融しない温度条件下（第１温度Ｔ１）で第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を固相接合する工程である。実施形態１において、固相接合工程Ｓ２ａは、各金属部材を積層して所定の圧力をかけた上で第１温度Ｔ１に加熱し、その後徐冷することにより実施する。
【００７０】
硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂは、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面の近傍に第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第１金属部材１２から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域１３が形成され、かつ、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面の近傍に第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第２金属部材１４から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域１５が形成される温度条件下で熱処理を施す工程である。
【００７１】
実施形態１においては、硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂは、まず、固相接合工程Ｓ２ａ後に残留している応力を開放して金属組織を均一化するために、接合体を一度第４温度Ｔ４まで加熱した後に急冷し、その後に徐冷する。その後、接合体を第２温度Ｔ２に加熱した後、接合体を第３温度Ｔ３まで徐冷することにより実施される。第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２、第３温度Ｔ３及び第４温度Ｔ４は、固相接合する金属部材を構成する金属材料の種類によって適宜選択することが可能であるが、第１温度Ｔ１は、例えば、８５０℃〜１１５０℃の範囲内にあり、第４温度Ｔ４は、例えば、１０００℃〜１１５０℃の範囲内にあり、第２温度Ｔ２は、例えば、８００℃〜１１５０℃の範囲内にあり、第３温度Ｔ３は、例えば、６００℃以下である。
【００７２】
第１硬度遷移領域１３は、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、一層好ましくは１００μｍ以上の厚さを有し、より一層好ましくは２００μｍ以上の厚さを有する。第２硬度遷移領域１５は、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、一層好ましくは１００μｍ以上の厚さを有し、より一層好ましくは２００μｍ以上の厚さを有する。また、第１硬度遷移領域１３は、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましく、第２硬度遷移領域１５は、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００７３】
硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂにおいては、第３金属部材１６内であって、第１硬度遷移領域１３と第２硬度遷移領域１５との間に、第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って硬度が定常状態となる硬度定常領域（つまり、第３金属部材１６のうち、第１硬度遷移領域１３と第２硬度遷移領域１５との間の部分）が残る条件で熱処理を施す。
硬度定常領域は、第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有し、一層好ましくは６０μｍ以上の厚さを有し、より一層好ましくは１００μｍ以上の厚さを有する。また、硬度定常領域は、第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って３ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００７４】
なお、実施形態１における硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂにおいては、固相接合工程Ｓ２ａ後に残留している応力を開放して金属組織を均一化するために、接合体を一度第４温度Ｔ４まで加熱した後に急冷し、その後に徐冷したが、本発明はこれに限定されるものではない。固相接合工程後に残留している応力が十分に小さい場合には、「接合体を一度第４温度Ｔ４まで加熱した後に急冷し、その後に徐冷する」という工程を行わなくてもよい。
【００７５】
３．表面切削工程Ｓ３
表面切削工程Ｓ３は、第３金属部材１６が接合体の表面に露出している部分（以下、露出部分という。）のうち少なくとも一部を含むように、接合体の表面を部分的に削り取る工程である（図２（ｄ）参照。）。
【００７６】
実施形態１においては、断面形状が半円形となる溝状の凹部ができるように切削工程を行う。表面切削工程Ｓ３において表面を削り取る深さの寸法は、第３金属部材１６の厚さの寸法よりも深く、第３金属部材１６の厚さの寸法の２倍〜６倍である。
【００７７】
４．被覆工程Ｓ４
被覆工程Ｓ４は、露出部分のうち少なくとも一部に対して、第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６が接合体の表面に露出している部分を溶融させた状態で、第４金属部材２０を溶融させながら被覆する工程である（図２（ｅ）参照。）。つまり、被覆工程Ｓ４は液相接合を行う工程であるともいえる。
第４金属部材２０は、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる。第４の金属材料は、工具鋼からなり、例えば、熱間ダイス鋼であるＳＫＤ６１を用いることができる。なお、実施形態１においては、第４の金属材料と、第１の金属材料及び第２の金属材料とは同一の金属材料からなる。
【００７８】
被覆工程Ｓ４においては、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第３金属部材１６に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域２１が形成され、第４金属部材２０と第１硬度遷移領域１３との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域２３が形成され、第４金属部材２０と第２硬度遷移領域１５との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域２５が形成される条件で第４金属部材２０を被覆する。
【００７９】
実施形態１においては、第１金属部材１２と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材２０を被覆する。また、第２金属部材１４と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないような条件で第４金属部材２０を被覆する。
被覆工程Ｓ４においては、表面切削工程Ｓ３で削り取った部分を第４金属部材２０で埋めるように第４金属部材２０を被覆する。
【００８０】
５．熱処理工程Ｓ５
熱処理工程Ｓ５は、接合体に蓄積されている応力を緩和するために接合体に熱処理を施す工程である。接合体に蓄積されている応力を緩和するための熱処理としては、周知の方法である焼きなましを含む熱処理を用いることができる。なお、製造する接合体全体として高い硬度を得たいときには、焼きなましの後に焼入れ等を行ってもよい。
【００８１】
６．平滑化工程Ｓ６
平滑化工程Ｓ６は、被覆工程Ｓ４で第４金属部材２０を被覆した部分を平滑化する工程である（図２（ｆ）参照。）。平滑化は、研磨や切削等、種々の方法で行うことができる。以上の工程により、接合体１０を製造することができる。
【００８２】
次に、接合体１０について説明する。
図４は、実施形態１に係る接合体１０を説明するために示す図である。図４（ａ）は接合体１０の斜視図であり、図４（ｂ）は接合体１０の上面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図４（ｂ）及び図４（ｃ）においては、視点位置からは直接見えない熱交換流路１９について点線で表示している。
図５は、実施形態１に係る接合体１０における硬度の分布を説明するために示す図である。図５においては、硬度が高い部分を濃い色で図示し、硬度が低い部分を薄い色で図示している。なお、図５における破線は、固相接合又は被覆の時点における金属部材同士の接合面又は境界面を大まかに表すものであり、硬度の分布を表すものではない。
【００８３】
接合体１０は、成形金型の一部として用いる金属製品であり、接合体１０は実施形態１に係る金属製品であるともいえる。接合体１０は、内部に熱交換媒体を流して熱交換をおこなうための熱交換流路１９を有する。当該熱交換流路１９のうち、第１金属部材１２と第２金属部材１４とにまたがる部分については、あらかじめ第１金属部材１２、第２金属部材１４及び第３金属部材１６を削り取り、その後固相接合することにより形成したものである。熱交換流路１９のうち、それ以外の部分（例えば、金属部材１４の中を通る部分）については、広く用いられている穿孔手段（例えば、ドリル）を用いた穿孔により形成することができる。
【００８４】
接合体１０は、第１の金属材料からなる第１金属部材１２と、第２の金属材料からなる第２金属部材１４と、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に位置し、第１の金属材料及び第２の金属材料よりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６とを備え、第１金属部材１２、第３金属部材１６及び第２金属部材１４が接合された構造を有する接合体である（全体図は図４を、詳細は図５をそれぞれ参照。）。
【００８５】
接合体１０は、第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面の近傍に第１金属部材１２と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第１金属部材１２から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域１３が存在し、かつ、第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面の近傍に第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って第２金属部材１４から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域１５が存在する（図５参照。）。
【００８６】
接合体１０は、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材２０をさらに備え、第４金属部材２０が第３金属部材１６の少なくとも一部を被覆する構造を有し、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第３金属部材１６に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第３金属部材１６にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域２１が存在し、第４金属部材２０と第１硬度遷移領域１３との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第１硬度遷移領域１３にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域２３が存在し、第４金属部材２０と第２硬度遷移領域１５との境界面の近傍に、第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って第４金属部材２０から第２硬度遷移領域１５にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域２５が存在する。
【００８７】
また、接合体１０においては、第１金属部材１２と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないように接合されており、また、第２金属部材１４と第４金属部材２０との間に明確な境界面が残らないように接合されている。
【００８８】
以下、実施形態１に係る接合体の製造方法、接合体及び金属製品の効果を記載する。
【００８９】
実施形態１に係る接合体の製造方法により製造される接合体１０においては、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６が存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【００９０】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法により製造される接合体１０においては、第１金属部材１２と第３金属部材１６との間及び第２金属部材１４と第３金属部材１６との間には、上記した第１硬度遷移領域１３及び第２硬度遷移領域１５がそれぞれ存在するようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【００９１】
その結果、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に発生する熱応力が、これら第１硬度遷移領域１３、第３金属部材１６及び第２硬度遷移領域１５の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造することが可能となる。
【００９２】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、接合体形成工程Ｓ２中に硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂを実施する中で金属部材の接合面に存在する空隙や不動態層を消散させることが可能となるため、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、接合力が高い接合体を製造することが可能となる。
【００９３】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、従来の接合体の製造方法の場合と同様に、複雑な形状の内部空間を有する接合体を比較的容易に製造することが可能となる。
【００９４】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第３の金属材料は、第１金属部材１２及び第２金属部材１４の硬度を高くするための熱処理によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなるため、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【００９５】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第１硬度遷移領域１３が第１金属部材１５と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、第２硬度遷移領域１５が第２金属部材１４と第３金属部材１６との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有するため、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域の厚さを十分に確保し、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力を、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において十分に分散することが可能となる。
【００９６】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、硬度遷移領域形成工程Ｓ２ｂにおいて硬度定常領域が残る条件で熱処理を施すため、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が残り、第３金属部材に緩衝材としての働きを十分に発揮させることが可能となる。
【００９７】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、硬度定常領域が第１硬度遷移領域１３から第２硬度遷移領域１５に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有するため、縦弾性係数が比較的低い領域（第３金属部材そのままの領域）が十分に残り、第３金属部材に緩衝材としての働きを一層十分に発揮させることが可能となる。
【００９８】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第３金属部材１６の厚さが０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあるため、第３金属部材の厚みを緩衝材として十分なものとすることが可能となり、かつ、全体としての形態安定性が十分に高い接合体を製造することが可能となる。
【００９９】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に第３硬度遷移領域２１が形成される条件で第４金属部材２０を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【０１００】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、被覆工程Ｓ４においては第４硬度遷移領域２３及び第５硬度遷移領域２５が形成される条件で第４金属部材２０を被覆するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【０１０１】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、被覆工程Ｓ４で第４金属部材２０を被覆した部分を平滑化する平滑化工程Ｓ６をさらに含むため、表面が平滑な接合体を製造することが可能となる。
【０１０２】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、第４金属部材２０は、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなるため、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材で第３金属部材を覆うことになり、第３金属部材の部分が第１金属部材の部分及び第２金属部材の部分よりも早く損耗してしまうのを防ぐことが可能な接合体を製造することが可能となる。
【０１０３】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、露出部分のうち少なくとも一部を含むように接合体の表面を部分的に削り取る表面切削工程Ｓ３を含むため、第３金属部材を含む表面が周りの面よりも低くなり、被覆工程において第４金属部材を容易に被覆することが可能となる。
【０１０４】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、内部の接合面よりも接合の強度が低い可能性がある表面の接合面を削り取り、製造する接合体全体としての機械的強度を向上させることが可能となる。
【０１０５】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、被覆工程Ｓ４より後に、接合体に蓄積されている応力を緩和するために接合体に熱処理を施す熱処理工程Ｓ５を含むため、接合体に蓄積されている応力を緩和し、接合体全体としての接合力を高めることが可能となる。
【０１０６】
また、実施形態１に係る接合体の製造方法によれば、熱処理により各硬度遷移領域の範囲を大きくし、各金属部材間に発生する応力がより一層分散されるようにすることが可能となる。
【０１０７】
実施形態１に係る接合体１０においては、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間には、第１の金属材料及び第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材１６が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件でこれを使用した場合に、第３金属部材が、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力を分散させる緩衝材として働くようになる。
【０１０８】
また、実施形態１に係る接合体１０においては、第１金属部材１２と第３金属部材１６との間及び第２金属部材１４と第３金属部材１６との間には、上記した第１硬度遷移領域１３及び第２硬度遷移領域１５がそれぞれ存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合に、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力もが、第１硬度遷移領域及び第２硬度遷移領域において分散されることとなる。
【０１０９】
その結果、実施形態１に係る接合体１０によれば、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に発生する熱応力がこれら第１硬度遷移領域１３、第３金属部材１６及び第２硬度遷移領域１５の働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる。
【０１１０】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、接合する金属部材のうち少なくとも１つの金属部材として、接合予定面に凹部が形成された金属部材を用いることにより、複雑な形状の内部空間を有しても比較的容易に製造することが可能な接合体となる。
【０１１１】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、第３の金属材料は、第１金属部材１２及び第２金属部材１４の硬度を高くするための熱処理によっては硬度が高くなりにくい金属材料からなるため、接合体全体の硬度を高くするための熱処理を施して硬度を高くした場合であっても、第３金属部材が存在する部分についてはそれ程硬度が高くならない（つまり、縦弾性係数が高くなりすぎない）ようにすることが可能となり、その結果、第３金属部材を緩衝材として十分に働かせることが可能となる。
【０１１２】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、第４金属部材２０と第３金属部材１６との境界面の近傍に第３硬度遷移領域２１が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第４金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第３硬度遷移領域において分散されるようにすることが可能となる。
【０１１３】
また、実施形態１に係る接合体１０によれば、第４硬度遷移領域２３及び第５硬度遷移領域２５が存在するため、第１金属部材と第２金属部材との間に発生する熱応力により第１金属部材と第３金属部材との間及び第２金属部材と第３金属部材との間に発生する応力が、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域においても分散されるようにすることが可能となる。
【０１１４】
実施形態１に係る金属製品は、第１金属部材１２と第２金属部材１４との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる実施形態１に係る接合体１０を用いて製造されたため、大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難い金属製品となる。
【０１１５】
［実施例］
図６は、実施例に係る接合体１０ａ（全体は図示せず。）を説明するために示す写真である。図６（ａ）は接合体１０ａの断面の拡大光学写真であり、図６（ｂ）は接合体１０ａの断面の電子顕微鏡写真である。なお、図６において示した硬度遷移領域（第１硬度遷移領域１３ａ、第２硬度遷移領域１５ａ、第３硬度遷移領域２１ａ、第４硬度遷移領域２３ａ及び第５硬度遷移領域２５ａ）の範囲は概略であり、必ずしも実際の範囲を正確に写し取ったものではない。
【０１１６】
図７は、実施例に係る接合体１０ａを説明するために示すグラフである。図７のグラフにおいては、縦軸は硬度を表し、横軸は測定ポイントの数を表している。なお、硬度の測定は第１金属部材１２ａ−第３金属部材１６ａ−第２金属部材１４ａ間で、接合面に対する角度を６０°としてマイクロビッカース法で測定した。測定ポイントの間隔は約２４μｍである。なお、図７においては、硬度が定常状態となるはずの部分や硬度が徐々に変化するはずの部分において、硬度の値が乱高下して見えるが、これはマイクロビッカース法による測定誤差がそのまま出ているためである。図７において符号１２ａで示すのは第１金属部材１２ａのみからなる部分の硬度であり、符号１３ａで示すのは第１硬度遷移領域１３ａの部分の硬度であり、符号１６ａで示すのは第３金属部材１６ａのみからなる部分（つまり、硬度定常領域）の硬度であり、符号１５ａで示すのは第２硬度遷移領域１５ａの部分の硬度であり、符号１４ａで示すのは第２金属部材１４ａのみからなる部分の硬度である。
【０１１７】
実施例においては、実施形態１に係る接合体の製造方法と同様の方法を用いて接合体１０ａを製造し、写真による観察と硬度の測定とを行った。なお、実施例においては、第１金属部材１２ａ（ＳＫＤ６１からなる。）、第２金属部材１４ａ（ＳＫＤ６１からなる。）、第３金属部材１６ａ（ＳＵＳ３１６Ｌからなる。）、第４金属部材２０ａ（ＳＫＤ６１からなる。）を用いた。なお、第３金属部材１６ａの元々の厚さ寸法は約０．７ｍｍであったが、固相接合工程のときにおける圧力と熱により第３金属部材１６ａがやや潰れたため、最終的な第３金属部材１６ａの厚さ寸法は０．６ｍｍほどになっている。
【０１１８】
実施例においては、硬度の測定は第１金属部材１２ａ−第３金属部材１６ａ−第２金属部材１４ａ間で行ったが、第４金属部材２０ａ−第３金属部材１６ａ間、第４金属部材２０ａ−第１金属部材１２ａ間及び第４金属部材２０ａ−第２金属部材１４ａ間においても、図７に示す第１硬度遷移領域１３ａ及び第２硬度遷移領域１５ａにおける硬度変化の様子と類似した各硬度遷移領域（第３硬度遷移領域、第４硬度遷移領域及び第５硬度遷移領域）の硬度変化の様子がそれぞれ観測されると考えられる。
【０１１９】
実施例での観察と観測の結果、本発明に係る接合体１０ａが製造できていることが確認できた。
【０１２０】
なお、現在様々な条件により実験中であるが、本発明に係る接合体の製造方法を用いて製造した接合体から、成形金型を製造し、アルミニウムダイカスト鋳造を実際に行って耐久性をテストしたところ、１０万ショットを超えても成形金型の破損は見られなかった。
【０１２１】
［実施形態２］
図８は、実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
図９は、実施形態２に係る接合体の製造方法を説明するために示す図である。図９（ａ）は金属部材準備工程Ｓ１１を説明するために示す図であり、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は接合体形成工程Ｓ１２を説明するために示す図である。なお、図９（ａ）〜図９（ｃ）の各図は、接合体３０（全体は図示せず。）となる部分の一部を示す模式図である。
【０１２２】
実施形態２に係る接合体の製造方法は、基本的には実施形態１に係る接合体の製造方法と同様の方法であるが、表面切削工程以降の工程を含まない点で実施形態１に係る接合体の製造方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る接合体の製造方法は、図８及び図９に示すように、金属部材準備工程Ｓ１１と接合体形成工程Ｓ１２とをこの順序で含む。金属部材準備工程Ｓ１１は実施形態１における金属部材準備工程Ｓ１と、接合体形成工程Ｓ１２は実施形態１における接合体形成工程Ｓ２と基本的に同様の工程であるため、詳細な説明は省略する。
【０１２３】
なお、実施形態２に係る接合体の製造方法により製造される接合体３０は、第４金属部材を備えず、第３金属部材３６からなる部分が露出している。接合体３０を用いる金属製品が、表面の硬度の差があまり問題にならない用途（例えば、内部構造に用いられる構造部材）に用いられるものである場合には、実施形態２に係る接合体３０のような構成でも十分である。
【０１２４】
実施形態２に係る接合体の製造方法は、表面切削工程以降の工程を含まない点が実施形態１に係る接合体の製造方法とは異なるが、実施形態１に係る接合体の製造方法と同様に、第１金属部材３２と第２金属部材３４との間に発生する熱応力が第１硬度遷移領域３３、第３金属部材３６及び第２硬度遷移領域３５の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で接合体を使用した場合においても破損し難い接合体を製造することが可能となる。
【０１２５】
なお、実施形態２に係る接合体の製造方法は、表面切削工程以降の工程を含まない点以外は実施形態１に係る接合体の製造方法と同様の方法であるため、実施形態１に係る接合体の製造方法が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
【０１２６】
実施形態２に係る接合体３０は、第４金属部材を備えない点が実施形態１に係る接合体１０とは異なるが、実施形態１に係る接合体１０と同様に、第１金属部材３２と第２金属部材３４との間に発生する熱応力が第１硬度遷移領域３３、第３金属部材３６及び第２硬度遷移領域３５の応力を分散するという働きにより効果的に分散されるようになるため、第１金属部材と第２金属部材との間に大きな温度差が発生する条件で使用した場合においても破損し難くすることが可能となる。
【０１２７】
なお、実施形態２に係る接合体３０は、第４金属部材を備えない点以外は実施形態１に係る接合体１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る接合体１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
【０１２８】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【０１２９】
（１）上記各実施形態においては、第１金属部材及び第２金属部材として、熱間ダイス鋼であるＳＫＤ６１からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１金属部材及び第２金属部材としては、製造する金属製品の用途に適合する限り種々の金属材料からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いてよく、例えば、ＳＫＤ６１以外の熱間ダイス鋼、熱間ダイス鋼以外の工具鋼、工具鋼以外の鉄鋼、鉄鋼以外の金属等を用いることができる。なお、実施形態１における第４金属部材も同様である。
【０１３０】
（２）上記各実施形態においては、第３金属部材として、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌからなる第３金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第３金属部材としては、製造する金属製品の用途に適合する限り種々の金属材料からなる第３金属部材を用いてよく、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ以外のステンレス鋼、ステンレス鋼以外の鉄鋼、鉄鋼以外の金属等を用いることができる。
【０１３１】
（３）上記各実施形態においては、接合予定面が平面である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。接合予定面が互いに密着可能であれば、接合予定面が平面でなくてもよい（例えば、曲面形状、段差形状など。）。
【０１３２】
（４）上記各実施形態においては、第１金属部材及び第２金属部材として、同一の金属材料からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１金属部材及び第２金属部材としては、異なる金属材料からなる第１金属部材及び第２金属部材を用いてもよい。
【０１３３】
（５）上記実施形態１においては、第４金属部材として、第１金属部材及び第２金属部材と同一の金属材料からなる第４金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第４金属部材としては、第１金属部材又は第２金属部材とは異なる金属材料からなる第４金属部材を用いてもよい。
【０１３４】
（６）上記実施形態１においては、第４金属部材として、第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第４金属部材としては、第３の金属材料と硬度が同じ又は第３の金属材料よりも硬度が低い金属材料からなる第４金属部材を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１０，３０，９０…接合体、１２，１２ａ，３２，９２…第１金属部材、１３，１３ａ，２３…第１硬度遷移領域、１４，１４ａ，３４，９４…第２金属部材、１５，１５ａ，３５…第２硬度遷移領域、１６，１６ａ，３６…第３金属部材、２０，２０ａ…第４金属部材、２１，２１ａ…第３硬度遷移領域、２３，２３ａ…第４硬度遷移領域、２５，２５ａ…第５硬度遷移領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属材料からなる第１金属部材と、第２の金属材料からなる第２金属部材と、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを準備する金属部材準備工程と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程とをこの順序で含み、
前記接合体形成工程は、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が溶融しない温度条件下で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を固相接合する固相接合工程と、
前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が形成され、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が形成される温度条件下で熱処理を施す硬度遷移領域形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合体の製造方法において、
前記第１硬度遷移領域は、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、
前記第２硬度遷移領域は、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の接合体の製造方法において、
前記硬度遷移領域形成工程においては、前記第３金属部材内であって前記第１硬度遷移領域と前記第２硬度遷移領域との間に、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って硬度が定常状態となる硬度定常領域が残る条件で熱処理を施すことを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の接合体の製造方法において、
前記硬度定常領域は、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の接合体の製造方法において、
前記第３金属部材の厚さは、０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の接合体の製造方法において、
前記接合体形成工程より後に、
前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分（以下、露出部分という。）のうち少なくとも一部に対して、前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分を溶融させた状態で、第４金属部材を溶融させながら被覆する被覆工程をさらに含み、
前記被覆工程においては、
前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が形成され、
前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が形成され、
前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が形成される条件で前記第４金属部材を被覆することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の接合体の製造方法において、
前記第４金属部材は、前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなることを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の接合体の製造方法において、
前記接合体形成工程と前記被覆工程との間に、
前記露出部分のうち少なくとも一部を含むように、前記接合体の表面を部分的に削り取る表面切削工程をさらに含み、
前記被覆工程においては、前記表面切削工程で削り取った部分を前記第４金属部材で埋めるように前記第４金属部材を被覆することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の接合体の製造方法において、
前記被覆工程より後に、前記接合体に蓄積されている応力を緩和するために前記接合体に熱処理を施す熱処理工程をさらに含むことを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項１０】
第１の金属材料からなる第１金属部材と、
第２の金属材料からなる第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に位置し、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料よりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを備え、
前記第３金属部材が前記第１金属部材と前記第２金属部材とに固相接合された構造を有する接合体であって、
前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が存在し、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が存在することを特徴とする接合体。
【請求項１１】
請求項１１に記載の接合体において、
前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材をさらに備え、前記第４金属部材が、前記第３金属部材の少なくとも一部を被覆する構造を有し、
前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が存在し、
前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が存在し、
前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が存在することを特徴とする接合体。
【請求項１２】
請求項１１又は１２に記載の接合体を用いて製造された金属製品。
【請求項１】
第１の金属材料からなる第１金属部材と、第２の金属材料からなる第２金属部材と、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料のいずれよりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを準備する金属部材準備工程と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を接合して接合体を形成する接合体形成工程とをこの順序で含み、
前記接合体形成工程は、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に前記第３金属部材を介在させた状態で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が溶融しない温度条件下で前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材を固相接合する固相接合工程と、
前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が形成され、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が形成される温度条件下で熱処理を施す硬度遷移領域形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合体の製造方法において、
前記第１硬度遷移領域は、前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有し、
前記第２硬度遷移領域は、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って５０μｍ以上の厚さを有することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の接合体の製造方法において、
前記硬度遷移領域形成工程においては、前記第３金属部材内であって前記第１硬度遷移領域と前記第２硬度遷移領域との間に、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って硬度が定常状態となる硬度定常領域が残る条件で熱処理を施すことを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の接合体の製造方法において、
前記硬度定常領域は、前記第１硬度遷移領域から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って３０μｍ以上の厚さを有することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の接合体の製造方法において、
前記第３金属部材の厚さは、０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の接合体の製造方法において、
前記接合体形成工程より後に、
前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分（以下、露出部分という。）のうち少なくとも一部に対して、前記第１金属部材、前記第２金属部材及び前記第３金属部材が前記接合体の表面に露出している部分を溶融させた状態で、第４金属部材を溶融させながら被覆する被覆工程をさらに含み、
前記被覆工程においては、
前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が形成され、
前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が形成され、
前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が形成される条件で前記第４金属部材を被覆することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の接合体の製造方法において、
前記第４金属部材は、前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなることを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の接合体の製造方法において、
前記接合体形成工程と前記被覆工程との間に、
前記露出部分のうち少なくとも一部を含むように、前記接合体の表面を部分的に削り取る表面切削工程をさらに含み、
前記被覆工程においては、前記表面切削工程で削り取った部分を前記第４金属部材で埋めるように前記第４金属部材を被覆することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の接合体の製造方法において、
前記被覆工程より後に、前記接合体に蓄積されている応力を緩和するために前記接合体に熱処理を施す熱処理工程をさらに含むことを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項１０】
第１の金属材料からなる第１金属部材と、
第２の金属材料からなる第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に位置し、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料よりも縦弾性係数及び硬度が低い第３の金属材料からなる第３金属部材とを備え、
前記第３金属部材が前記第１金属部材と前記第２金属部材とに固相接合された構造を有する接合体であって、
前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第１金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第１金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第１硬度遷移領域が存在し、かつ、前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面の近傍に前記第２金属部材と前記第３金属部材との接合面に垂直な方向に沿って前記第２金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第２硬度遷移領域が存在することを特徴とする接合体。
【請求項１１】
請求項１１に記載の接合体において、
前記第３の金属材料よりも硬度が高い第４の金属材料からなる第４金属部材をさらに備え、前記第４金属部材が、前記第３金属部材の少なくとも一部を被覆する構造を有し、
前記第４金属部材と前記第３金属部材との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第３金属部材に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第３金属部材にかけて硬度が徐々に変化する第３硬度遷移領域が存在し、
前記第４金属部材と前記第１硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第１硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第４硬度遷移領域が存在し、
前記第４金属部材と前記第２硬度遷移領域との境界面の近傍に、前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域に向かう方向に沿って前記第４金属部材から前記第２硬度遷移領域にかけて硬度が徐々に変化する第５硬度遷移領域が存在することを特徴とする接合体。
【請求項１２】
請求項１１又は１２に記載の接合体を用いて製造された金属製品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８１９９８（Ｐ２０１３−８１９９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５３４１（Ｐ２０１１−２２５３４１）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（５０５２９０５４２）株式会社 旭 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（５０５２９０５４２）株式会社 旭 (8)
【Ｆターム（参考）】
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